Системи екстремального керування крокового типу

Принцип дії систем цього типу оснований на тому, що через певні інтервали часу, що називаються кроками, вимірюються значення екстремального показника. Потім здійснюється їх порівняння на початку і наприкінці кожного кроку. Якщо протягом розглядуваного періоду екстремальний показник зменшується, то у системі здійснюється реверс керуючої дії. У протилежному випадку реверс не відбувається. Функціональна схема крокової системи наведена на рис. 11.6. У даній схемі величина, пропорційна критерію І, подається на вхід блоку усереднення (БУ), який видає середнє за крок значення І_сер.і. У кінці кожного кроку це значення подається на пристрій порівняння (ПП) і блок пам’яті (БП). З виходу ПП знімається різниця DІ = І_сер.і - І_сер.і-1. При DІ>0 напрямок обертання виконавчого механізму (ВМ) не змінюється. При DІ<0 перемикаючий пристрій (ПерП) подає команду на реверс ВМ. Для керування виконавчим механізмом застосовується елемент з релейною характеристикою. Крок квантування за часом t визначається тактовим генератором (ГТ). За умови достатньо великого кроку змінювання керуючої дії Du вимірювання критерію ефективності можна здійснювати дискретно – на початку і наприкінці даного кроку, тоді DІ_n=I_n–I_n-1. При цьому забезпечується достатня завадостійкість системи за відсутності блоку усереднення.

Величина кроку квантування за часом t обмежується тим, що при великому кроку у системі можуть з’явитися помилки через наявність дрейфу екстремальної характеристики. З іншого боку, при занадто малому кроці t на правільність роботи системи можуть впливати високочастотні перешкоди.

У кроковій системі пошук екстремуму здійснюється дослідженням впливу керуючої дії u на критерій ефективності І. Разом з тим, визначення положення системи відносно екстремальної точки можна здійснити і за допомогою спеціального пошукового сигналу.

 

Системи екстремального керування із зовнішнім генератором пошукових сигналів

Функціональна схема системи для даного випадку наведена на рис. 11.7.

Подамо на вхід системи за допомогою генератора пошукових сигналів (ГПС) синусоїдальний сигнал u_n з невеликою амплітудою u_nmax і постійною частотою w₀. Якщо система знаходиться на лівій частині екстремальної характеристики (рис. 11.8), то фази коливань, що викликані пошуковим сигналом, на вході й виході об’єкта (1 і 1¢) співпадають, а якщо на правій – то ці коливання (3 і 3¢) знаходяться у протифазі. В екстремальній точці маємо на виході об’єкта сигнал (2¢) подвійної частоти.

 

 

Якщо на виході об’єкта поставити фільтр, що перепускає тільки частоту пошукового сигналу u_n, то, порівнюючи за допомогою фазового детектора (ФД) фазу вихідної гармоніки з вхідною, можна дізнатися, на якій частині характеристики працює система і, відповідно, в якому напрямку необхідно змінювати керуючу дію u, щоб досягти екстремальної точки. Реверс виконавчого механізму (ВМ) здійснюється при зміні фази вихідних коливань за допомогою перемикаючого пристрою (ПерП). Якщо як перемикаючий пристрій використовувати трипозиційне реле, то наявність зони нечутливості дозволяє при достатньо малих відхиленнях системи від точки екстремуму не вмикати виконавчий механізм. Ця обставина використовується при застосуванні низькочастотного пошукового сигналу, для якого практично неможливо побудувати ефективні фільтри.

Зазначимо, що амплітуда коливань вихідного пошукового сигналу пропорційна величині похідної , що дозволяє побудувати екстремальні системи з пропорційним керуванням.

Під час розглядання принципу дії даної системи не враховували інерційність об’єкта керування, яка обумовлює зсув фаз між вхідним і вихідним пошуковим сигналом (якщо цей зсув складатиме 180°, система втратить стійкість). Зменшити вплив цього явища можна або за рахунок доповнення системи фазозсувальним пристроєм, або за рахунок зменшення частоти пошукового сигналу. Зазначимо також, що для ефективної фільтрації частота пошукового сигналу має бути значно вищою за частоту вхідних сигналів.

Системи з пошуковим сигналом мають велику завадостійкість порівняно із системами, що вимірюють похідну, оскільки не потребують диференціальних ланок, які збільшують вплив перешкод. Крім того, такі системи можуть застосовуватись при різкому дрейфі екстремальної характеристики, оскільки при цьому в них, на відміну від систем крокового типу, не з’являються помилкові сигнали.